基于圖像技術(shù)的京西村落街巷綠視率研究

潘明率，張鐵松 （北方工業(yè)大學，北京 100144）

1 概述

1.1 研究背景

近年來，實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，堅持人與自然和諧共生，學者越來越關(guān)心鄉(xiāng)村生活空間的治理，在生態(tài)文明建設(shè)指引與青山綠水文明實踐中，村落生態(tài)環(huán)境的不斷好轉(zhuǎn)，美麗宜居鄉(xiāng)村不斷得以實現(xiàn)。其中，村落中的空間綠量是一個重要的衡量指標。通常計算空間綠量的相關(guān)指標以“綠地率”和“綠化覆蓋率”為主要，這兩個指標統(tǒng)計計算相對容易，從二維的角度直觀表述了研究地塊的綠化強度?！熬G視率”從日本進入，從三維的計算出發(fā)，以人眼觀察的角度，計算綠量的大小，突出了人在其中的重要作用。

從現(xiàn)有研究成果看，學者們在城市中道路和社區(qū)的綠視率研究取得了一定的研究成果，并且通過百度街景數(shù)據(jù)、圖像識別等方法，對綠視率的取值方式做了進一步研究，而對于村落街巷的研究相對較少。這些研究成果，為本文的研究提供良好的測量記錄與數(shù)據(jù)分析方法[1]。

1.2 研究目的

鑒于京西村落街巷界面形態(tài)的地域性與復(fù)雜性，本文采用基于全卷積網(wǎng)絡(luò)的視覺影像語義分割軟件的圖像技術(shù)。以京西的兩類村落為樣本，對京西村落的綠視率進行量化分析，而不是用傳統(tǒng)的定性的方法對其進行分析。通過量化分析可以更加直觀地表現(xiàn)出其村落的地域性特點，以期為京西村落的保護與提高其中居民的舒適率提供客觀有效的指導(dǎo)與參考。

2 研究方法與意義

2.1 綠視率

“綠視率”這一概念首先由日本的青木陽二于1987年提出，是指在人的視野中綠色所占的比率。后由日本環(huán)境也理學研究專家大野隆造教授于2002年提出的?！熬G視率”理論目前已被國際上許多國家認可[2]。

2.2 研究方法與綠視率的量化計算

2.2.1 全卷積網(wǎng)絡(luò)的框架

David H.Hubel和Torsten Wiesel在上個世紀50年代末在貓和猴子上面做了一系列實驗，在視覺皮層上方面得出了關(guān)鍵的結(jié)論，并在1981年獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。他們發(fā)現(xiàn)，視覺皮層的很多神經(jīng)元都有一個小的局部點，也就意味著，神經(jīng)元只對有限區(qū)域的局部點上的刺激物做出反應(yīng)。后來的人們根據(jù)這項發(fā)現(xiàn)，通過類似推自然的對象級分割結(jié)果。全卷積網(wǎng)絡(luò)會將一幅街景圖像分成多個子場景，每個子場景關(guān)注車輛、道路、樹木或其他自然物體，多達151個類別。目前麻省理工學院的ADE20K網(wǎng)站記錄了所有151個類別的完整描述。

2.3 數(shù)據(jù)的采集與整理

在研究對象的選取上，主要考慮到村落的代表性。京西地區(qū)有著特殊的地域文化，京西地區(qū)的生態(tài)山水、古道商旅、宗教寺廟、民俗習俗、琉璃煤業(yè)等文化，交織形成了該地區(qū)不同的村落形態(tài)。京西地區(qū)入選第一至第五批中國傳統(tǒng)村落文化有12個，入選北京市首批市級傳統(tǒng)村落名單14個。同時，這里由于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，又形成了新興的村落。本文研究選取了以三家店、琉璃渠作為傳統(tǒng)村落代表，以龍泉務(wù)、麻峪作為新興村落的代表。

圖1為對京西新興村落與傳統(tǒng)村落進行調(diào)查走訪的數(shù)據(jù)采集與編號的過程，對收集的圖像進行歸納總結(jié)，并為每個圖像分別編號。

圖1 數(shù)據(jù)采集與編號

在用視覺影像語義分割的技術(shù)對采集的數(shù)據(jù)進行解析，可以在一張圖像中得出大概151個類別的分組數(shù)據(jù)，分別代表著不同的意象在整個圖像中的所占比例的比重。從中挑選出重要的我們需要的數(shù)據(jù)。

在采集的數(shù)據(jù)中選擇樹，草和植物的數(shù)據(jù)，并將其相加可得其綠視率。然后將兩個不同類型的村落的不同街巷的綠視率依次分類歸納。其后對這兩個京西村落的綠視率的量化結(jié)果進行對比分析研究。

2.4 結(jié)果與分析

2.4.1 京西村落街巷綠視率特征

整體來看；選中的兩個京西村落的平均綠視率為8.33%，遠低于全球主要城市綠視率平均值19.03%，綠視率小于15%的取樣點占比較高，根據(jù)日本學者折原夏志對綠視率水平的劃分標準，一般而言，會將綠視率劃分為5個等級：0～5%（綠化水平差）、5%～15%（綠化水平較差）、15%～25%（一般綠化水平）、25%～35%（綠化水平較高）、大于35%（綠化水平高）。

目前調(diào)研的街道人視點中，綠化水平差（0～5%）的點占65.3%，綠化水平較差（5%～15%）的點占20.0%，一般綠化水平（15%～25%）的點占9.5%，綠化水平較高（25%～35%）的街道占5.3%，綠化水平高（大于35%）的街道占0%.可以看出綠視率小于5%的街道占到了65.3%，超過一般綠化水平的人視角內(nèi)綠視率極低，拉低了整體平均值，是由于京西新興村落的主干道道路較短，而次干道和支路則是數(shù)量多、綠視率低。主要體現(xiàn)出了部分新興村落綠視率普遍偏低的現(xiàn)象，這方面有待改善。

2.4.2 不同等級道路綠視率分析

下面為對京西村落實地調(diào)研后，分析不同道路等級下綠視率的情況。有研究表明，大部分人所認可的綠視率的最低限為15%。當綠色占據(jù)人視野的25%時，它是最舒適的。而且在綠視率達到25%時對人的視力和健康也最有利。但是在京西村落除少數(shù)的路段，其他很少有足夠的綠視率。

表1為龍泉務(wù)村不同等級道路綠視率分析表，由表1可以看出，龍泉務(wù)村主干路綠視率平均值最高，其次為次干路，支路綠視率最低。這是由于主干路兩邊有時會種植有喬灌木行道樹，次干路與支路巷道的綠化大多為遠景或居民自種小盆栽，面積較少。在不少巷道甚至出現(xiàn)綠化率低于5%的情況，是由于這些取樣點位于建筑山墻面且周邊視野較為狹隘，綠化植物較少，以苔蘚為主。尤其是龍泉務(wù)村的街巷相較于其他的村落，一些小的街巷的寬度更加狹窄，導(dǎo)致人的視角下，可能只有兩面山墻，極度降低整個村落的綠視率水平。

龍泉務(wù)村不同等級道路綠視率分析表 表1

表2為三家店村不同等級道路綠視率分析表。三家店村為經(jīng)過國家認證的第一批入選國家傳統(tǒng)村落名錄的京西村落，它經(jīng)過長時間的發(fā)展與改造，變?yōu)楝F(xiàn)今的樣子。由于筆者在三家店村調(diào)研的期間內(nèi)，三家店村的老街主干道正在更新改造。因此，三家店村的主干道的數(shù)據(jù)有可能存在一定的偏差。即使是存在一定的偏差，三家店村的綠視率還是優(yōu)于京西地區(qū)新興的龍泉務(wù)村。處于一般綠化水平左右的觀測點也有一小半。

三家店村不同等級道路綠視率分析表 表2

3 結(jié)語

通過對京西村落的街巷進行量化分析，在兩個京西村落中的綠視率進行了總結(jié)。其中，通過大量調(diào)查走訪的數(shù)據(jù)，總結(jié)出京西村落的人的視角下的各種參數(shù)區(qū)間。其中重點研究結(jié)果表明，此兩個京西村落的綠視率的平均數(shù)值僅在8.33%左右，說明是京西村落的綠視率是遠遠低于正常水平的，有待改善。而京西傳統(tǒng)村落的綠視率又普遍優(yōu)于京西新興村落。說明京西新興村落改善的需求更大一點。如果提高京西村落的綠視率，有可能會提高居民的舒適度。

本研究所得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和量化分析得出的結(jié)論在村落的保護與發(fā)展中具有重要的理論基礎(chǔ)的作用。使得之后的京西村落的保護與開發(fā)時擁有重要的依據(jù)。而且在綠視率方面進行了具體的分析，提出了綠視率不足的問題，希望可以通過解決這個問題來提高居民的舒適度。但是本文只是對京西村落的物理形態(tài)空間進行了量化分析，并沒有對村民，游客對街巷形態(tài)的主觀認知與行為活動方面進行探究。此外，由于村落的復(fù)雜性很高，量化街巷形態(tài)的方法得出的結(jié)論只是其中的一個因素，在其實際的更新中還應(yīng)該考慮其他的相關(guān)因素。